Кристаллическая структура

Металлы представляют собой кристаллы с трехмерной периодичностью. Основой кристаллической структуры является трехмерная решетка, в пространстве которой располагаются атомы. В зависимости от характера расположения атомов в кристаллической решетке структуры чистых металлов разделяются на ряд типов.

Субструктура

В реальном металле кристаллическая структура множество дефектов, которые в значительной от степени определяют его свойства. Совокупность дефектов решетки и их пространственное распределение в кристалле называется субструктурой. Здесь кристаллы могут образовывать более крупные фрагменты – кристаллиты, блоки, зерна, фрагменты, полигоны.

Размер субмикрозерна: 10 10 см

Рисунок 10 Типы кристаллической структуры:

а - простая кубическая; б - объемно центрированная кубическая; в- гранецентрированная кубическая; г - гексагонально-плотноупакованная.

Микроструктура - это структура, определяемая с помощью металлографических микроскопов. Этот анализ позволяет определить наличие, количество и форму структурных составляющих сплава.

Размер субзерна: 10 10 см.

Макроструктура - это структура, которая определяется невооруженным глазом или при небольших увеличениях. С помощью макроанализа можно определить трещины, неметаллические включения, примеси и др.

Размер зерна: 10 10 см.

Физическое состояние характеризуется числом и концентрацией фаз, распределением фаз по поверхностному слою, объемом сплава и др.

Исследование физического состояния осуществляется экспериментальными методами физики твердого тела: дифракционными и микроскопическими.

Химический состав характеризуется элементным составом сплава и фаз, концентрацией элементов в объеме фаз, в объеме сплава и др.

Исследования химического состава поверхностного слоя позволяют оценить адсорбцию из окружающей среды молекул и атомов органических и неорганических веществ, диффузионные процессы, процессы окисления и другие, происходящие при обработке металлов.

Механическое состояние металла определяется параметрами: сопротивления деформированию: предел упругости, предел пропорциональности, предел текучести, предел прочности, твердость и др.; пластичности: относительное удлинение, относительное сужение, ударная вязкость и другие, устанавливаемые специальными испытаниями образцов.

Например, в процессе пластической деформации, которая всегда сопровождает механическую обработку, все характеристики механического состояния поверхностного слоя изменяются: показатели сопротивления деформированию увеличиваются, а показатели пластичности уменьшаются. Это явление называют деформационным упрочнением.

В инженерной практике деформационное упрочнение поверхностного слоя определяют измерением твердости Н или микротвердости. Для этого твердость определяют на поверхности металла и внутри металла (при помощи послойного травления). В результате устанавливают толщину упрочненного слоя hH и степень деформационного упрочнения :

,

где: Н_обр и Н_иск - соответственно твердость (микротвердость) металла после и до обработки.

Атомные плоскости могут также приводить к увеличению направленности в движении частицы, если на своем пути, определяемом непрерывным потенциалом, частица испытывает много столкновений с атомами. Простейшая кристаллическая ячейка – кубическая. Для кубической решетки существуют три основных типа плоскостей (рис. 10). В кристаллографии их обозначают (100), (110) и (111).

Рисунок 11 Основные типы плоскостей

В кубической решетке существуют три основных типа плоскостей, которые в кристаллографии обозначают как (100), (110) и (111).

Если угол между импульсом частицы и кристаллической плоскостью мал, то частица взаимодействует сразу со многими атомами кристаллической решетки и потенциал поля отдельных атомов может быть заменен усредненным непрерывным потенциалом U(y), зависящим только от расстояния от кристаллических плоскостей.

 2.10 Фильтрование рентгеновских лучей. α и β-компоненты излучения. Разделение компонент на дифрактограмме

Для съёмки дифрактограммы нужно правильно выбрать материал анода. При этом необходимо обеспечить следующие условия: Фазовый анализ требует использования монохроматического излучения. К - серия рентгеновского спектра состоит из двух линий: дублета Кα1α2 и Кβ. Излучение, соответствующее Кα1α2, примерно в пять раз сильнее излучения с длиной волны Кβ. Рентгеновские лучи с этой длиной волны мешают анализу, поэтому их отфильтровывают. Для этой цели достаточно поставить фильтр - тонкую фольгу из вещества, содержащего элемент или состоящего целиком из элемента, порядковый номер которого на единицу, а для тяжелых анодов на две, меньше порядкового номера атомов вещества анода. Излучение с длиной волны Кα1α2 легко пройдет через этот фильтр. Лучи же с длиной волны Кβ выйдут из фильтра ослабленными во много раз. Это связано с тем, что при таком соотношений порядковых номеров вещества анода и фильтра скачок коэффициента поглощения μ лучей в веществе фильтра лежит как раз между рефлексами, соответствующими длинам волн Кα1α2 и Кβ излучения анода. Например, для излучения медного анода фильтром может служить никелевая фольга толщиной 0.007 мм. Несмотря на наличие фильтра Кβ рентгеновское излучение трубки не является строго монохроматичным. Наряду с Кα - излучением всегда присутствует излучение со сплошным спектром, дающее на дифрактограмме фон. Интенсивность фона наиболее велика в малых углах 2θ я уменьшается с углом 2θ до его значения, равного 90⁰. В больших углах фон от сплошного рентгеновского спектр может возрасти. Поскольку дифрактограму записывают в широком интервале углов, перо самописца и стрелка регистрирующего прибора могут уйти та пределы диаграммной ленты и шкалы. Чтобы этого не произошло, предварительно вручную выводят счетчик на минимум фона при 28, равном 90⁰(не не дифракционный пик), устанавливают линию фона несколько выше нижнего края ленты и возвращает счётчик в исходное положение.

Хорошую дифрактограмму (без фона и Кβ-рефлексов) можно получить, если использовать кристалл-монохроматор, который устанавливается либо между фокусом рентгеновской трубки и образцом (на первичном пучке), либо между образцом и счётчиком (на вторичном пучке). В качестве кристаллов-монохроматоров используются тонкие пластинки, вырезанные из кристаллов кварца или графита так, что их поверхность параллельна кристаллографическим плоскостям кристалла с межплоскостным расстоянием dm.